Beta decay study of stored highly charged ions

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26287036
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 山口 貴之 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (10375595)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山口 由高 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 仁科センター研究員 (40415328) ; 長江 大輔 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 協力研究員 (60455285)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 実験核物理 / 蓄積リング / 多価イオン / ベータ崩壊 / 寿命 / 元素合成

Outline of Annual Research Achievements

多価イオン状態の不安定核ベータ崩壊は宇宙で起きている元素合成過程の理解に非常に重要である。星の中の高温高圧状態では、原子核は多価イオン状態にあるが、通常の実験室で測定される時は中性原子状態であるため、星の中とは環境が異なる。蓄積リングを用いると多価イオンに現れる特異な現象を観測することができる。
本研究ではまずドイツGSI研究所において、多価イオン状態の不安定核ベータ崩壊の寿命精密測定を行った。重イオンシンクロトロンSISにて約600MeV/uに加速された152Smをベリリウム標的に照射し、入射核破砕反応によって水素様電子状態の142Pmを生成した。142Pmは核破砕片分離装置FRSによって純化され、400MeV/uにて蓄積リングESRに入射される。入射された142Pmは蓄積リングの超高真空ビームパイプを約1分間周回し、その間、電子捕獲崩壊する。崩壊事象は共鳴ショットキーピックアップを用いて測定した。実験では1パルスの入射で約10個の142Pmを入射し、単一粒子の崩壊を精密測定した。ビームタイムは約2週間におよび大量のデータが得ることができた。H27年度までにデータ解析を完了し、質のよい崩壊曲線を得た。
並行して理研の蓄積リング、稀少RIリングで同様の研究を進めるために、重イオンビーム位置検出器を開発した。シンチレーション光子の空間分布を利用して位置情報を得る新しい検出器で、原理検証に成功し、結果を投稿論文に発表した。また、蓄積リング内でデルタ線を利用したトリガー検出器を設計製作し、オンラインでビームの周回観測に成功した。これら開発した検出器によって、これまで3度のコミッショニングに成功している。すなわち、Krビームの長時間蓄積、48Caビーム破砕片の個別入射の成功、238Uビームの核分裂破砕片の質量測定である。寿命測定の準備も整った。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] GSI/TU Muenchen/Max-Planck-Institute(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: GSI/TU Muenchen/Max-Planck-Institute
  • # of Other Institutions: 2
• [Int'l Joint Research] IMP/Beihang Univ.(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: IMP/Beihang Univ.
• [Int'l Joint Research] CERN(スイス)
  • Country Name: SWITZERLAND
  • Counterpart Institution: CERN
• [Int'l Joint Research] National Centre for Nuclear Research(ポーランド)
  • Country Name: POLAND
  • Counterpart Institution: National Centre for Nuclear Research
• [Int'l Joint Research] Univ of Edinburgh/Univ. of Surrey(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: Univ of Edinburgh/Univ. of Surrey
• [Int'l Joint Research]
  • # of Other Countries: 6
• [Journal Article] Application of isochronous mass spectrometry for the study of angular momentum population in projectile fragmentation reactions (2017)
  • Author(s): X. L. Tu, A. Kelic-Heil, Yu. A. Litvinov, Zs. Podolyak, Y. H. Zhang, W. J. Huang, H. S. Xu, K. Blaum, F. Bosch, R. J. Chen, et al.
  • Journal Title: Phys. Rev. C Volume: 95 Pages: 014610/1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevC.95.014610
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High-precision QEC values of super allowed 0+ -> 0+ b-emitters 46Cr, 50Fe, and 54Ni (2017)
  • Author(s): P. Zhang, X. Xu, P. Shuai, R.J. Chen, X.L. Yan, Y.H. Zhang, M. Wang, Yu.A. Litvinov, K. Blaum, H.S. Xu, et al.
  • Journal Title: Phys. Lett. B Volume: 767 Pages: 20-24
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2017.01.039
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] First direct mass measurements of stored neutron-rich 129,130,131Cd isotopes with FRS-ESR (2016)
  • Author(s): R. Knoebel, M. Diwisch, F. Bosch, D. Boutin, L. Chen, C. Dimopoulou, A. Dolinskii, B. Franczak, B. Franzke, H. Geissel, et al.
  • Journal Title: Phys. Lett. B Volume: 754 Pages: 288-293
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2016.01.039
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] New results from isochronous mass measurements of neutron-rich uranium fission fragments with the FRS-ESR-facility at GSI (2016)
  • Author(s): R. Knoebel, M. Diwisch, H. Geissel, Yu. A. Litvinov, Z. Patyk, W. R. Plass, C. Scheidenberger, B. Sun, H. Weick, F. Bosch, et al.
  • Journal Title: Eur. Phys. J. A Volume: 52 Pages: 138-148
  • DOI: 10.1140/epja/i2016-16138-6
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Reaching time resolution of less than 10 ps with plastic scintillation detectors (2016)
  • Author(s): J.W. Zhao, B.H. Sun, I. Tanihata, S. Terashima, L.H. Zhu, A. Enomoto, D. Nagae, T. Nishimura, S. Omika, A. Ozawa, Y. Takeuchi, T. Yamaguchi,
  • Journal Title: Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A Volume: 823 Pages: 41-46
  • DOI: 10.1016/j.nima.2016.03.106
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] First measurement of isoscalar giant resonances in a stored-beam experiment (2016)
  • Author(s): J.C. Zamora, T. Aumann, S. Bagchi, S. Boenig, M. Csatlos, I. Dillmann, C. Dimopoulou, P. Egelhof, V. Eremin, T. Furuno, et al.
  • Journal Title: Phys. Lett. B Volume: 763 Pages: 16-19
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2016.10.015
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification of the lowest T=2, Jpi =0 + isobaric analog state in 52Co and its impact on the understanding of b-decay properties of 52Ni (2016)
  • Author(s): X. Xu, P. Zhang, P. Shuai, R. J. Chen, X. L. Yan, Y. H. Zhang, M. Wang, Yu. A. Litvinov, H. S. Xu, T. Bao, et al.
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 117 Pages: 182503/1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.182503
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] ファイバーシンチレータとMPPCによる簡易な重イオンビーム位置検出器の開発 (2017)
  • Author(s): 若山清志
  • Organizer: 日本物理学会2017年年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府・豊中市）
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] 稀少RIリングのための粒子周回モニターの開発 (2017)
  • Author(s): 大甕舜一朗
  • Organizer: 日本物理学会2017年年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府・豊中市）
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] Development of large area position sensitive MCP detector at Rare RI Ring (2017)
  • Author(s): Zhuang Ge
  • Organizer: 日本物理学会2017年年次大会
  • Place of Presentation: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府・豊中市）
  • Year and Date: 2017-03-17 – 2017-03-20
• [Presentation] Rare-RI Ring at RIKEN present status (2017)
  • Author(s): T. Yamaguchi
  • Organizer: NUSTAR annual meeting 2017
  • Place of Presentation: ドイツGSI研究所（ドイツ連邦共和国・ダルムシュタット）
  • Year and Date: 2017-02-27 – 2017-03-03
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] RI beam experiments with storage rings present and future (2016)
  • Author(s): T. Yamaguchi
  • Organizer: 藤原セミナー
  • Place of Presentation: 下田東急ホテル（静岡県・下田市）
  • Year and Date: 2016-07-06 – 2016-07-08
  • Int'l Joint Research / Invited